CN109121600A

CN109121600A - 一种气吸式播种机的漏播检测系统及方法

Info

Publication number: CN109121600A
Application number: CN201810801326.2A
Authority: CN
Inventors: 张凯; 刘洋
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2018-07-18
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2019-01-04

Abstract

本发明公开一种气吸式播种机的漏播检测系统及方法，系统包括：气吸式排种器外壳、气吸式排种器主轴、排种盘、上位机、光电传感器、无线收发模块、报警模块、编码器、滤波整形模块和单片机，光电传感器安装在气吸式排种器外壳的内部，编码器安装在气吸式排种器主轴上；单片机用于接收编码器与光电传感器发送的脉冲信号；滤波整形模块对两种脉冲信号进行整形滤波；上位机通过无线收发模块与单片机无线通信，用于对单片机上传的两种脉冲信号进行处理；报警模块与上位机通过无线收发模块实现通信，在上位机判断出气吸式播种机漏播时，向报警模块下发报警指令，报警模块进行报警。此种技术方案可以实现对气吸式排种器中排种盘各吸孔吸种状况的监测。

Description

一种气吸式播种机的漏播检测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种气吸式播种机的漏播检测系统及方法，属于信息与自动控制技术领域。

背景技术

高速精密的机械播种已经成为大豆、玉米、蔬菜等作物播种作业的重要方式，气吸式播种机因为其伤种少，对种子适应性好、高速作业等特点，已经越来越多地被应用于播种作业中。依靠风机产生的风力负压可以将种子吸附在排种盘上，随着播种机的前进及排种盘的转动，种子转动至无负压区，从排种器中排出完成播种。但是因为排种盘设计及加工工艺存在缺陷，吸种过程中吸孔可能会被杂质或者破碎的种子堵住，又或者因为风机提供的负压力不够，这些因素都会导致吸孔无法正常吸种，并进一步导致漏播现象的发生。在高速精密播种的过程中，一旦没有及时发现排种器出现问题，产生大量的漏播，会影响播种合格率，进而影响产量。

漏播监测技术的研究在国内外已经取得了一定的进展。已有的监测系统多是对下落种子的监测，通过获取相邻两粒种子下落的时间间隔以及机器运行速度来计算株距，并比较计算株距与理论株距的大小来判断是否产生漏播。这种方式仅能监测出漏播的数量，不能发现排种器的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种气吸式播种机的漏播检测系统。

技术方案：一种气吸式播种机的漏播检测系统，气吸式播种机包括吸式排种器外壳、气吸式排种器主轴、排种盘、排种盘固定装置，气吸式播种机的漏播检测系统包括气上位机、光电传感器、无线收发模块、报警模块、编码器、滤波整形模块和单片机，其中，光电传感器安装在气吸式排种器外壳的内部，位于排种盘的吸种区末尾与落种区的交界处，设于排种盘吸上来的种子落下的路径上，光电传感器包括光源发射器和光源接收器，且光源发射器和光源接收器分别位于路径两侧，种子正常落下时，能够阻挡光源发射器发出的光线被光源接收器接收，光电传感器产生脉冲信号发送给单片机；

光电传感器优选俯视的“凹”形结构，在光电传感器的“凹”形结构两侧凸起的内侧对称设置有光源发射器和光源接收器，且光源发射器和光源接收器的高度一致。

编码器安装在气吸式排种器主轴上，其随着气吸式排种器主轴的旋转而转动，且编码器产生与排种盘上各吸孔对应的脉冲信号；单片机用于接收编码器与光电传感器发送的脉冲信号，并将收到的两种脉冲信号经过滤波整形模块进行整形滤波处理后通过无线收发模块发送给上位机；

上位机通过无线收发模块与单片机无线通信，用于接收所述单片机上传的经过滤波整形模块处理后的两种脉冲信号并进行处理；

报警模块与上位机之间互相通信，在上位机判断出气吸式播种机漏播时，向报警模块下发报警指令，报警模块在接收到报警指令后，进行报警。

本发明还提供一种气吸式播种机的漏播检测方法，包括：

步骤S1：针对气吸式排种器上的m个吸孔，选用分辨率为n×m的编码器，将编码器设于气吸式排种器主轴上，则编码器发出的第x个脉冲信号对应第[(x-1)/n]+1个吸孔，其中，[]表示取整；

步骤S2：在气吸式播种机工作之前，通过编码器定位气吸式播种机的初始位置，并将气吸式排种器上的从初始位置运转后第一个通过光电传感器的吸孔标记为1，第二个通过光电传感器的吸孔标记为2，以此类推，直到将气吸式排种器上的所有吸孔标记完；

步骤S3：在气吸式播种机工作时，光电传感器通过监测种子的通过情况，将脉冲信号发送至单片机；同时编码器随着气吸式排种器的主轴的旋转输送脉冲信号至所述单片机，单片机分别将两种脉冲信号通过无线收发模块上传至上位机；

步骤S4：上位机对单片机某一时刻上传的两种脉冲信号进行对应识别分析，上位机通过该时点编码器的脉冲序号判断吸孔的编号，通过光电传感器的脉冲信号来判断是否发生漏吸情况；如果编码器对应n个脉冲的期间内没有接收到光电传感器传来的脉冲，则判定n个脉冲对应的吸孔出现漏吸情况，在气吸式播种机出现漏播问题时，通过报警模块进行报警。

进一步地，上位机还对各吸孔的吸种量及漏吸量进行统计，并将各吸孔的吸种信息及其对应的编号进行存储。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的气吸式播种机的漏播检测方法，可以实现对气吸式排种器中排种盘各吸孔吸种状况的监测，能够获取排种器播量、漏播量以及各吸孔的吸种量等信息。

附图说明

图1为根据本发明实施例的气吸式播种机的漏播检测系统的逻辑结构示意图；

图2为根据本发明实施例的气吸式播种机的漏播检测系统的安装位置俯视示意图；

图3为根据本发明实施例的光电传感器的结构示意图；

图4为根据本发明实施例的气吸式播种机的漏播检测方法的流程示意图。

图1中，1，上位机；2，光电传感器；3，无线收发模块；4，报警模块；5，编码器；6，滤波整形模块；7，单片机。

图2中，8，气吸式排种器外壳；9，排种盘；10，气吸式排种器主轴；13，排种盘固定装置。

图3中，11，光源发射器；12，光源接收器。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

本发明提供的气吸式播种机的漏播检测方法是通过气吸式播种机的漏播检测系统检测气吸式排种器的排种盘各个吸孔是否发生漏吸情况，来判断气吸式播种机是否出现漏播问题。原因在于，如果发生漏吸情况，则气吸式播种机一定出现漏播问题。因此，本发明通过判断排种盘的各个吸孔是否发生漏吸情况，即可判断出气吸式播种机是否出现漏播问题。

气吸式播种机与气吸式排种器的结构可参考马思奇奥公司生产的气吸式播种机、气吸式排种器。

如图1-图3所示，本发明提供的气吸式播种机的漏播检测系统，气吸式播种机包括气吸式排种器外壳8、气吸式排种器主轴10、排种盘9、排种盘固定装置13，气吸式播种机的漏播检测系统包括：上位机1、光电传感器2、无线收发模块3、报警模块4、编码器5、滤波整形模块6、单片机7，光电传感器2安装在气吸式排种器外壳8的内部，位于排种盘9的吸种区末尾与落种区的交界处，当气吸式排种器外壳8闭合时，光电传感器2与排种盘9贴近；光电传感器安装在气吸式排种器外壳的内部，位于排种盘的吸种区末尾与落种区的交界处，光电传感器2设于排种盘吸上来的种子落下的路径上，光电传感器2包括光源发射器11和光源接收器12，且光源发射器11和光源接收器12分别位于路径两侧，种子正常落下时，能够阻挡光源发射器11发出的光线被光源接收器12接收，光电传感器2产生脉冲发送给单片机7；编码器5安装在气吸式排种器主轴10上，编码器5选用分辨率为360P/R的绝对式光电旋转编码器，其型号为E6F-AB3C-C360P，其分辨率的值为排种盘9的吸孔的n倍，n为不小于1的整数。

优选地，光电传感器2为“凹”形结构。

优选地，光电传感器2中间凹处的高度为15-20mm，宽度为25-30mm。当气吸式排种器运转时，种子可从排种器的凹处通过，且不与光电传感器2发生接触。

排种盘9安装在排种器上，排种盘9分为吸种和落种两个区，光电传感器2安装在气吸式排种器外壳的内部，位于排种盘的吸种区末尾与落种区的交界处，设于排种盘吸上来的种子落下的路径上。在本发明的一个具体实施方式中，选取直径为200mm、厚度为2mm的排种盘9，排种盘9上具有40个吸孔，且每个吸孔的直径均为4mm。

单片机通过无线收发模块3与上位机1进行通信，单片机优选AT89S51型号的51单片机，无线收发模块3优选型号为CC2500S的2.4g无线收发模块。

在单片机向上位机1上传脉冲信号之前需要通过滤波整形模块6对脉冲信号进行滤波整形处理，滤波整形模块6包括运算放大器和斯密特触发器，运算放大器为LM324型号，斯密特触发器为74LS14，脉冲信号首先经过运算放大器的放大，再经过斯密特触发器进行整形，最终获得规则的脉冲信号。

报警模块4与上位机1之间互相通信，在上位机1判断出气吸式播种机漏播时，向报警模块4下发报警指令，报警模块4在接收到报警指令后，进行报警。

上述内容详细说明了本发明提供的气吸式播种机的漏播检测系统的结构，与上述漏播检测系统相对应，本发明还提供一种气吸式播种机的漏播检测方法。

如图4所示，本发明实施例提供的气吸式播种机的漏播检测方法，包括：

步骤S1：针对气吸式排种器上的m个吸孔，选用分辨率为n×m的编码器，n为不小于1的整数，将编码器设于气吸式排种器主轴上，则编码器发出的第x个脉冲信号对应第[(x-1)/n]+1个吸孔，其中，[]表示取整；

以排种盘为40孔的气吸式播种机为例，在完成零点定位后，排种器主轴转过一圈，编码器发出360个脉冲信号，且每发出9个脉冲则应该有一个吸孔经过光电传感器情况，将脉冲信号发送至单片机；同时编码器随着气吸式排种器的主轴旋转。

步骤S3：在气吸式播种机工作时，光电传感器通过监测种子的通过情况，当排种盘的种子落下时，经过光电传感器，种子对光电传感器上的光源发射器发出的光信号有遮挡，光源接收器无法接收到光源发射器发出的光信号，因此整个光电传感器电路中的电流发生改变，单片机能接收到一个方波脉冲，在单片机接收到光电传感器的脉冲信号的同时，还接收到编码器随着气吸式排种器的主轴的旋转产生的脉冲信号，单片机分别将两种脉冲信号通过无线收发模块上传至上位机；

步骤S4：上位机对单片机某一时刻上传的两种脉冲信号进行对应识别分析，上位机通过该时点编码器的脉冲序号判断吸孔的编号，通过光电传感器的脉冲信号来判断是否发生漏吸情况；如果编码器对应n个脉冲的期间内没有接收到光电传感器传来的脉冲，则判定n个脉冲对应的吸孔出现漏吸情况，在气吸式播种机出现漏播问题时，通过报警模块进行报警，具体可采用语音报警。

下面以40孔的排种盘为例进行说明：

排种盘的1号吸孔对应1-9号编码器脉冲，2号吸孔对应10-18号编码器脉冲，依此类推。在1、2号吸孔对应的各自9个编码器脉冲内同时对应有光电传感器发出的方波脉冲，则表示1、2号吸孔正常吸种。40号吸孔对应的9个编码器脉冲内没有光电传感器发出的对应脉冲，则表明40号吸孔漏吸种，报警模块进行报警。

上位机将漏吸的种子的数量进行累加，同时根据光电传感器发出的脉冲数可统计出实际播种的数量，根据这两个数据可以计算出播种机的漏播率及播种的合格率。

根据两种脉冲数据，以及零点的定位，可判断出各吸孔的吸种情况。上位机将各吸孔吸种的实际情况进行存储，在播种作业完成后通过分析比对数据，可以发现出现问题的具体为某一个吸孔，对吸孔进行检查，可确定其问题为设计及加工工艺的缺陷，或者吸孔被杂质、破碎的种子等堵住等故障。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的一种气吸式播种机的漏播检测方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的一种气吸式播种机的漏播检测方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上对其中的实现细节做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims

1.一种气吸式播种机的漏播检测系统，所述气吸式播种机包括气吸式排种器外壳、气吸式排种器主轴、排种盘，其特征在于还包括上位机、光电传感器、无线收发模块、报警模块、编码器、滤波整形模块和单片机，

所述光电传感器安装在所述气吸式排种器外壳的内部排种盘的吸种区末尾与落种区的交界处，且位于排种盘吸上来的种子落下的路径上，光电传感器包括光源发射器和光源接收器，且光源发射器和光源接收器分别位于路径两侧，种子正常落下时，能够阻挡光源发射器发出的光线被光源接收器接收，此时光电传感器产生脉冲信号发送给单片机；

所述编码器安装在所述气吸式排种器主轴上，其随着气吸式排种器主轴的旋转而转动，且编码器产生与排种盘上各吸孔对应的脉冲信号，并发送至单片机；

所述单片机用于接收编码器与光电传感器发送的脉冲信号，并将收到的两种脉冲信号经过滤波整形模块进行整形滤波处理后通过无线收发模块发送给上位机；

所述上位机通过无线收发模块与单片机无线通信，用于接收单片机上传的经过滤波整形模块处理后的两种脉冲信号并进行处理；

所述报警模块与上位机之间互相通信，在上位机判断出气吸式播种机漏播时，向报警模块下发报警指令，报警模块在接收到报警指令后，进行报警。

2.如权利要求1所述的一种气吸式播种机的漏播检测系统，其特征在于所述的光电传感器为俯视的“凹”形结构，在光电传感器的“凹”形结构两侧凸起的内侧对称设置有光源发射器和光源接收器，且光源发射器和光源接收器的高度一致。

3.如权利要求2所述的一种气吸式播种机的漏播检测系统，其特征在于所述的光电传感器中间凹处的高度为15-20mm，宽度为25-30mm。

4.如权利要求1所述的一种气吸式播种机的漏播检测系统，其特征在于所述的编码器选用分辨率为360P/R的绝对式光电旋转编码器，其分辨率的值为排种盘的吸孔的n倍，n为不小于1的整数。

5.如权利要求1所述的一种气吸式播种机的漏播检测系统，其特征在于所述的单片机优选AT89S51型号的51单片机，无线收发模块优选型号为CC2500S的2.4g无线收发模块。

6.如权利要求1所述的一种气吸式播种机的漏播检测系统，其特征在于所述的滤波整形模块包括相互连接的运算放大器和斯密特触发器，运算放大器的输入端连接单片机，斯密特触发器的输出端连接无线收发模块。

7.如权利要求6所述的一种气吸式播种机的漏播检测系统，其特征在于所述的运算放大器优选LM324型号，斯密特触发器优选74LS14型号。

8.一种气吸式播种机的漏播检测方法，其特征在于包括如下步骤：

9.如权利要求8所述的气吸式播种机的漏播检测方法，其特征在于所述步骤S3中，上位机还对各吸孔的吸种量及漏吸量进行统计，并将各吸孔的吸种信息及其对应的编号进行存储，以计算播种机的漏播率及播种的合格率。